(57)【要約】いくつかの実施形態は、延びる壁とそれぞれが横方向端部の１つに最も近い壁に形成されて一定の距離だけ分離された少なくとも２つの圧縮ブリッジとを含むロータコアバレルと、ロータコアバレル上に位置決めされロータコアバレルの周囲の周りに圧縮ブリッジ間の壁に沿って間隔をあけて配置された複数の磁石からなるアレイと、圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ってロータコアバレルの周りに複数の磁石の上に巻き付けられた１つ以上のプレストレスラップと、を含み、圧縮ブリッジにより、横方向端部に最も近いロータコアバレルの壁に対して１つ以上のプレストレスラップによるロータコアバレルの半径方向圧縮によって誘発された、圧縮ブリッジにおけるロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみを可能にする、ロータアセンブリを提供する。【選択図】図１
2019509005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向端部間に延びる壁と、それぞれが前記横方向端部の１つに最も近い前記壁に形成されて一定の距離だけ分離された少なくとも２つの圧縮ブリッジと、を含むロータコアバレルと、
前記ロータコアバレル上に位置決めされ、前記ロータコアバレルの周囲の周りに前記圧縮ブリッジ間の前記壁に沿って間隔をあけて配置された複数の磁石からなるアレイと、
前記圧縮ブリッジ間の前記ロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿って前記ロータコアバレルの周りに前記複数の磁石の上に巻き付けられた１つ以上のプレストレスラップと、を含み、
前記圧縮ブリッジにより、前記横方向端部に最も近い前記ロータコアバレルの前記壁に対して前記１つ以上のプレストレスラップによる前記ロータコアバレルの半径方向圧縮によって誘発された、前記圧縮ブリッジにおける前記ロータコアバレルの前記壁の半径方向圧縮たわみを可能にする、ロータアセンブリ。
【請求項２】
前記圧縮ブリッジが、そうでなければ前記１つ以上のプレストレスラップによって誘発される前記ロータコアバレルの前記長さの少なくとも前記一部分に沿った前記ロータコアバレルの前記半径方向圧縮によって引き起こされると思われる、重心軸から離れる前記横方向端部に最も近い前記壁の半径方向膨張たわみを、前記圧縮ブリッジによって可能になった前記半径方向圧縮たわみの一機能として、制限する、請求項１に記載のロータアセンブリ。
【請求項３】
前記壁が、前記圧縮ブリッジの少なくとも一部分を規定する第１の厚さと、それぞれの圧縮ブリッジに隣接し前記圧縮ブリッジ間にある少なくとも第２の厚さと、を含み、
前記第２の厚さが、前記第１の厚さより大きい、請求項２に記載のロータアセンブリ。
【請求項４】
前記壁が、前記横方向端部に最も近い第３の厚さを有し、
前記第３の厚さが、前記第１の厚さより大きく、
前記第３の厚さが、前記圧縮ブリッジによって前記第２の厚さから分離される、請求項３に記載のロータアセンブリ。
【請求項５】
前記壁が、前記少なくとも２つの圧縮ブリッジを規定し、前記ロータコアバレルの周りに円周状に延びる少なくとも２つのチャネルを含む、請求項２に記載のロータアセンブリ。
【請求項６】
前記横方向端部のそれぞれに最も近い前記ロータコアバレルの周りに円周状に延び、前記横方向端部のそれぞれに最も近い前記ロータコアバレルの周りに巻き付けられた抑制ラップを受け入れて位置決めするように構成された抑制ラップ溝を更に含む、請求項５に記載のロータアセンブリ。
【請求項７】
それぞれが前記横方向端部のそれぞれに最も近い前記ロータコアバレルの前記壁の周りに巻き付けられ、半径方向圧縮力を誘発し、前記ロータコアバレルの重心軸から離れて前記横方向端部における前記壁の半径方向膨張たわみを阻止する、２つの抑制ラップを更に含む、請求項１に記載のロータアセンブリ。
【請求項８】
前記ロータコアバレルが、
前記ロータコアバレルの前記長さに沿って延びる空洞と、
それぞれが前記横方向端部で前記ロータコアバレルと連携し、それによって固定される、第１のスタブシャフト及び第２のスタブシャフトと、を更に含み、
前記第１のスタブシャフトが、前記第１のスタブシャフトの厚さを通って延びる複数の出口冷却コンジットを含み、
前記出口冷却コンジットのそれぞれの内側端部が、前記ロータコアバレルの前記空洞と接続し、
前記第２のスタブシャフトが、前記ロータコアバレルの前記空洞と連携する入口冷却コンジットを含み、前記ロータコアバレルの回転により前記第２のスタブシャフトの前記入口冷却コンジットを通って空気を吸引し、前記空洞に沿って、前記複数の出口冷却コンジットから外に空気を抜き取り、少なくとも前記ロータコアバレルの内部温度を低下させるようになっている、請求項１に記載のロータアセンブリ。
【請求項９】
ロータアセンブリを構築する方法であって、
ロータコアバレルを２つの横方向端部のそれぞれで、それぞれが前記横方向端部で前記ロータコアバレルと連携し、それによって固定される２つのスタブシャフトのうちの１つと連携させることであって、前記ロータコアバレルが前記横方向端部間に延びる壁とそれぞれが前記横方向端部の１つに最も近い前記壁に形成されて一定の距離だけ分離された少なくとも２つの圧縮ブリッジとを含むことと、
前記ロータコアバレル上で、前記ロータコアバレルの横方向端部の最も近くに位置する２つの圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの壁の周りに円周状にその壁に沿って間隔をあけて配置された複数の磁石からなるアレイを連携させることと、
前記圧縮ブリッジ間の前記ロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿って前記ロータコアバレルの前記壁の半径方向圧縮たわみを誘発する圧力で、前記ロータコアバレルの前記長さの前記一部分に沿って前記ロータコアバレルの周りに前記複数の磁石の上に１つ以上のプレストレスラップを巻き付けることと、
前記圧縮ブリッジにより、前記横方向端部に最も近い前記ロータコアバレルの前記壁に対して前記１つ以上のプレストレスラップによって誘発された、前記圧縮ブリッジにおける前記ロータコアバレルの前記壁の半径方向圧縮たわみを可能にすることと、
を含む、方法。
【請求項１０】
そうでなければ前記１つ以上のプレストレスラップによって誘発される前記ロータコアバレルの前記長さの少なくとも前記一部分に沿った前記ロータコアバレルの前記半径方向圧縮によって引き起こされると思われる、重心軸から離れる前記横方向端部に最も近い前記壁の半径方向膨張たわみを、前記圧縮ブリッジによって可能になった前記半径方向圧縮たわみの一機能として、制限することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記圧縮ブリッジの少なくとも一部分を規定する第１の厚さと、それぞれの圧縮ブリッジに隣接し前記圧縮ブリッジ間にある少なくとも第２の厚さと、を備えた前記ロータコアバレルを形成することであって、前記第２の厚さが前記第１の厚さより大きいことを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも２つの圧縮ブリッジを規定し、前記ロータコアバレルの周りに円周状に延びる少なくとも２つのチャネルを前記壁に形成することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
それぞれが前記横方向端部の１つに最も近い前記ロータコアバレルの周りに円周状に延び、前記横方向端部のそれぞれに最も近い前記ロータコアバレルの周りに巻き付けられた抑制ラップを受け入れて位置決めするように構成された２つの抑制ラップ溝を前記壁に形成することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記横方向端部のそれぞれに最も近い前記ロータコアバレルの前記壁の周りに少なくとも２つの抑制ラップの１つを巻き付け、半径方向圧縮力を誘発し、前記ロータコアバレルの重心軸から離れて前記横方向端部における前記壁の半径方向膨張たわみを阻止すること
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記抑制ラップを巻き付けることが、前記横方向端部のそれぞれに最も近い前記ロータコアバレルの周りに円周状に延び、前記横方向端部のそれぞれに最も近い前記ロータコアバレルの周りに巻き付けられた前記抑制ラップを受け入れて位置決めするように構成された２つの抑制ラップ溝の１つにおいて前記抑制ラップのそれぞれを巻き付けることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記２つのスタブシャフトを前記ロータコアバレルと連携させることが、
第１のスタブシャフトの厚さを通って延びる１つ以上の出口冷却コンジットのそれぞれの内側端部が前記ロータコアバレルの長さを通って延びる少なくとも１つの空洞と連絡するように、前記第１のスタブシャフトを前記ロータコアバレルの第１の横方向端部と連携させることと、
第２のスタブシャフトに形成された入口冷却コンジットが前記ロータコアバレルの前記少なくとも１つの空洞と連絡するように、前記第２のスタブシャフトを前記ロータコアバレルの第２の横方向端部と連携させ、前記第２のスタブシャフトの前記入口冷却コンジットを通って前記少なくとも１つの空洞に沿って前記複数の出口冷却コンジットから出る冷却剤流路を確立し、前記ロータコアバレルの回転に応じて冷却剤の流れにより少なくとも前記ロータコアバレルの内部温度を低下させることと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
多様なタイプの機械が磁気ロータを取り入れている。磁気ロータの使用は多数の異なる適用例に広がっている。しかしながら、遠心力によって発生するロータストレス（rotor stress）は、ロータを取り入れているモータ、発電機、及びその他の機械類の速度及び出力密度を制限する。
【発明の概要】
【０００３】
本発明のいくつかの実施形態は、ロータアセンブリ（rotor assembly）を提供することにより上記並びにその他の要求に対処するものである。いくつかの実施形態では、ロータアセンブリは、横方向端部（lateral end）間に延びる壁とそれぞれが横方向端部の１つに最も近い壁に形成されて一定の距離だけ分離された少なくとも２つの圧縮ブリッジ（compression bridge）とを含むロータコアバレル（rotor core barrel）と、ロータコアバレル上に位置決めされ、ロータコアバレルの周囲の周りに圧縮ブリッジ間の壁に沿って間隔をあけて配置された複数の磁石からなるアレイと、圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ってロータコアバレルの周りに複数の磁石の上に巻き付けられた１つ以上のプレストレスラップ（pre-stress wrap）と、を含み、圧縮ブリッジにより、横方向端部に最も近いロータコアバレルの壁に対して１つ以上のプレストレスラップによるロータコアバレルの半径方向圧縮によって誘発された、圧縮ブリッジにおけるロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみ（radial compression deflection）を可能にする。
【０００４】
更なるいくつかの実施形態は、ロータアセンブリを構築する方法であって、ロータコアバレルを２つの横方向端部のそれぞれで、それぞれが横方向端部でロータコアバレルと連携し、それによって固定される２つのスタブシャフト（stub shaft）のうちの１つと連携させることであって、ロータコアバレルが横方向端部間に延びる壁とそれぞれが横方向端部の１つに最も近い壁に形成されて一定の距離だけ分離された少なくとも２つの圧縮ブリッジとを含むことと、ロータコアバレル上で、ロータコアバレルの横方向端部の最も近くに位置する２つの圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの壁の周りに円周状にその壁に沿って間隔をあけて配置された複数の磁石からなるアレイを連携させることと、圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ってロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみを誘発する圧力で、ロータコアバレルの長さの一部分に沿ってロータコアバレルの周りに複数の磁石の上に１つ以上のプレストレスラップを巻き付けることと、圧縮ブリッジにより、横方向端部に最も近いロータコアバレルの壁に対して１つ以上のプレストレスラップによって誘発された、圧縮ブリッジにおけるロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみを可能にすることと、を含む方法を提供する。
【０００５】
本発明のいくつかの実施形態の上記その他の態様、特徴、及び利点は、以下の図面に関連して提示される、以下のより特定の説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】いくつかの実施形態により、スタブシャフトと連携させたロータコアバレルを有する模範的なロータアセンブリの概略断面図を示している。
【図２】いくつかの実施形態により、スタブシャフトと連携させたロータコアバレルの概略断面図を示し、ロータコアバレル上に位置決めされ、ロータコアバレルに沿って間隔をあけて配置された複数の磁石を更に示している。
【図３】いくつかの実施形態により、横方向端部に最も近い図１のロータコアバレルの一部分の拡大断面図を示している。
【図４】いくつかの実施形態により、図２のロータアセンブリの一部分の拡大断面図を示している。
【図５】いくつかの実施形態により、模範的なロータアセンブリの透視断面図を示している。
【図６】いくつかの実施形態により、模範的なロータアセンブリの透視端面図を示している。
【図７】いくつかの実施形態により、ロータアセンブリを構築するか及び／又は組み立てるプロセスの概略フローダイヤグラムを示している。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図面のいくつかの図を通して対応する参照文字は対応するコンポーネントを示す。当業者であれば、図中の要素が単純かつ明瞭にするために示されており、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを認識するであろう。例えば、本発明の様々な実施形態の理解を深めるのに役に立つように、図中のいくつかの要素の寸法は他の要素と比較して誇張される可能性がある。また、一般的だが十分理解されている要素であって、商業的に実現可能な実施形態において有用又は必要な要素は、本発明のこれらの様々な実施形態を見る際にあまり妨げにならないように描写されない場合が多い。
【０００８】
以下の説明は、限定的な意味で解釈するべきではなく、単に模範的な実施形態の一般的な原理を記述するためになされたものである。本発明の範囲は特許請求の範囲に関連して判断しなければならない。
【０００９】
本明細書全体を通して「一実施形態」、「ある実施形態」、「いくつかの実施形態」、「いくつかの実施例」、又は同様の言語に言及する場合、その実施形態に関して記載された特定の特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通して「一実施形態では」、「ある実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、及び同様の言語の表現が現れた場合、すべて同じ実施形態に言及する可能性があるが、必ずしもすべて同じ実施形態に言及しているわけではない。
【００１０】
更に、記載されている本発明の特徴、構造、又は特性は、任意の適切な方式で１つ以上の実施形態に組み合わせることができる。以下の説明では、本発明の実施形態を完全に理解するために、プログラミング、ソフトウェアモジュール、ユーザ選択、ネットワークトランザクション、データベース照会、データベース構造、ハードウェアモジュール、ハードウェア回路、ハードウェアチップなどの例など、多数の具体的な詳細が提供される。しかしながら、当業者であれば、具体的な詳細の１つ以上がなくても、或いはその他の方法、コンポーネント、材料などによって、本発明を実践できることを認識するであろう。その他の事例では、本発明の態様を曖昧にするのを回避するために、周知の構造、材料、又は動作は詳細に示されないか又は記載されない。
【００１１】
多くの工業用発電機、モータ、及びその他のこのような機械類は、機械的に（例えば、水、蒸気などにより）回転するか又は電磁的に回転する、１つ以上の回転式ロータを含む。多くの場合、遠心力によって発生するロータストレスは、モータ、発電機、及びその他の機械類の速度及び出力密度を制限する。このため、いくつかの実施例では、ロータを製造するか及び／又は組み立てる際にロータのファイバプレストレス処理（fiber pre-stressing）を使用する。ファイバプレストレス処理は部分的に、少なくともロータ上に位置決めされた磁石に対して半径方向の内方圧縮力を誘発するために、ロータの周囲及びロータの長さの少なくとも一部分の周りに分散された磁石に対し、比較的大きい力で１つ以上の高い引張り強度のファイバ、リボン、バンドなどを巻き付けることを含む。
【００１２】
製造及び／又は組み立ての際のロータのファイバプレストレス処理は、速度及び出力密度の能力を増すことができるが、いくつかの事例では、ロータの回転を可能にするためのシャフト又はその他のサポートへの取り付け、ロータ曲げ剛性（rotor bending stiffness）の低減、高速ロータの安定性の低減、ロータ冷却の低減などの問題、その他のこのような問題、並びに多くの場合、このような問題の２つ以上の組み合わせをもたらす可能性がある。例えば、半径方向圧縮は、横方向端部に最も近いロータコアの半径方向外方たわみを引き起こす可能性があり、これは横方向端部におけるロータコアとスタブシャフトとの連携に悪影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、いくつかの実施形態は、これらの問題の影響を実質的に低下させ、より高い速度及び出力密度のロータ設計を容易にしながら、ロータのファイバプレストレス処理を可能にする。部分的に、いくつかの実施形態は、ロータの回転を支持するスタブシャフト又はその他のこのような終端部との連携の改善を可能にして、ロータコアの横方向端部におけるたわみを低減する。
【００１３】
図１は、いくつかの実施形態により、スタブシャフト１０３と連携させたロータコアバレル１０２を有する模範的なロータアセンブリ１００の概略断面図を示している。ロータコアバレル１０２は横方向端部１０６間に延びる壁１０４を含み、スタブシャフトは横方向端部でロータコアバレルによって固定されている。ロータコアバレルは、ロータコアバレルの長さの一部分に沿って、典型的にロータコアバレルの長さの大部分に沿って延びる磁石受け入れ領域（magnet receiving area）１１０を更に含む。ロータコアバレルは、それぞれが横方向端部の１つに最も近い壁に形成され、典型的に少なくとも磁石受け入れ領域の長さである一定の距離だけ分離された１つ以上の圧縮ブリッジ１１２を更に含む。
【００１４】
図２は、いくつかの実施形態により、スタブシャフト１０３と連携させたロータコアバレル１０２の概略断面図を示している。この断面図は、ロータコアバレル上に位置決めされ、磁石受け入れ領域１１０の壁１０４沿って、典型的に圧縮ブリッジ１１２の間でロータコアバレルの周囲の周りに間隔をあけて配置された複数の磁石２０２を更に示している。いくつかの事例では、磁石受け入れ領域１１０は、ロータコアバレルの横方向端部１０６でより小さい直径１１４又は幅で形成することができる。低減された直径により、最終組み立て時にロータの直径を制限しながら、磁石がロータコアバレルと連携することができる。上記で紹介したように、いくつかの実施形態では、磁石２０２には、複数の磁石の上にロータコアバレルの周りに巻き付けられる１つ以上のプレストレスラップ２０４が更に巻き付けられる。
【００１５】
いくつかの実施例では、プレストレスラップは、圧縮ブリッジ１１２間のロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿って磁石の周りに、典型的に磁石のアレイのうちのすべての磁石の周りに巻き付けられる。更に、この１つ以上のラップは、ファイバ、リボン、バンド、その他のこのような要素、或いはこのような要素の２つ以上の組み合わせにすることができる。例えば、いくつかの実施例では、この１つ以上のラップは、少なくとも磁石が位置決めされているロータコアバレルの長さに沿って磁石及びロータコアバレルに対する圧縮力を誘発するために高い引張り力を受けている間にロータコアバレルの周囲並びにロータコアバレル上に位置決めされた磁石のアレイの周りに複数回、繰り返し巻き付けられた超高強度ファイバである。上記のように、１つ以上のラップ２０４は、ロータコアバレルの壁１０４の内方半径方向圧縮プレストレスを引き起こして、ロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ってロータコアバレルの直径１１４の低減を引き起こすように、十分な力で巻き付けられる。このラップは、磁石をロータコアバレルに付着させ、０毎分回転数（ｒｐｍ）で圧縮円周応力を加えるのに部分的に役に立つ。この圧縮力は高い回転速度で低い円周応力を更に可能にする。更に、プレストレス処理されたロータコアバレルは、ロータアセンブリ並びにその中にロータアセンブリが連携される発電機、モータ、又はその他のシステムの疲労寿命を改善することができる。ファイバプレストレスラップ２０４は、磁石２０２及びロータコアバレルの周りに所望の圧縮力を達成するために所望の力で巻き付けるか又は締め付けることができる実質的に任意の適切な材料であって、ケブラー（登録商標）、カーボンファイバ、ガラス繊維、その他のこのような材料、又はこのようなラップの２つ以上の組み合わせなどであるが、これらに限定されないもので作ることができる。
【００１６】
図３は、いくつかの実施形態により、横方向端部１０６（例えば、図１に示されている左端部）に最も近いロータコアバレル１０２の一部分の拡大断面図を示している。図４は、いくつかの実施形態により、図２のロータアセンブリ１００の一部分の拡大断面図を示している。図１〜図４を参照すると、いくつかの実施形態では、ロータコアバレル１０２は２つ以上の圧縮ブリッジ１１２を含み、少なくとも１つの圧縮ブリッジはそれぞれの横方向端部に最も近い。圧縮ブリッジ１１２は、ロータコアバレルのプレストレス処理されたセクションの縦方向端部（longitudinal end）の最も近くに形成された半径方向に柔軟な構造要素である。更に、圧縮ブリッジは、横方向端部間の回転及び軸状の位置合わせ不良を防止し、意図された実施例及び回転速度のためにロータアセンブリの曲げ剛性を維持しながら、ファイバプレストレスを受けたロータコアバレルの一部分の半径方向圧縮たわみに応じて屈曲するか又は弾力的に降伏するように構成される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、圧縮ブリッジ１１２は、磁石受け入れ領域１１０に沿って圧縮ブリッジ１１２間で、隣接する壁の厚さ３０４に対して圧縮ブリッジの少なくとも一部分の壁の低減された厚さ３０２を通って少なくとも部分的に壁１０４に形成される。更に、いくつかの実施例では、圧縮ブリッジの少なくとも一部分の壁の厚さ３０２は横方向端部１０６における壁の厚さ３０６より小さい。いくつかの実施形態は、圧縮ブリッジの１つ又は両方の側面境界に最も近いロータコアバレルの中心回転軸及び拡張ブリッジから離れて半径方向に延びる１つ以上の境界拡張部（boundary extension）３１４を含むことができる。このため、少なくともいくつかの実施例では、壁１０４は、少なくとも壁の薄い領域によって規定された圧縮ブリッジ及び／又はロータコアバレルの周りに円周状に延びる２つのチャネルを含む。
【００１８】
圧縮ブリッジのこの低減された厚さ３０２は圧縮ブリッジに沿った柔軟性の増加を可能にする。圧縮ブリッジの柔軟性は、そうでなければ１つ以上のプレストレスラップ２０４によって誘発されるロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ったロータコアバレルの半径方向たわみによって引き起こされると思われる、ロータコアバレルの重心軸から離れる横方向端部に最も近い壁の半径方向膨張たわみを、圧縮ブリッジによって可能になった半径方向圧縮たわみの一機能として、制限する。同様に、ロータアセンブリの回転中に、いくつかの実施形態では、少なくともいくつかの実施例の圧縮ブリッジにより、ロータコアバレル及びロータアセンブリの回転及び軸状の位置合わせ、回転剛性、及びロータ力学を維持しながら、遠心力に応じて少なくとも磁石受け入れ領域に沿ってロータコアバレルの半径方向膨張が可能になる。
【００１９】
いくつかの適用例では、上記で紹介したように、ロータコアバレルの直径は磁石受け入れ領域１１０の少なくとも一部分に沿って低減される。このため、圧縮ブリッジに隣接する壁はロータコアバレルの重心軸に向かって先細になる。壁の先細りは、直径の変化を達成するために実質的に任意の角度にすることができる。いくつかの実施例では、磁石受け入れ領域の壁の厚さ３０４は、圧縮ブリッジの厚さより大きくなるように増加される。更に、いくつかの事例では、壁の外面は磁石受け入れ領域１１０の遠位端で周囲の肩部１１８を含むことができ、これはいくつかの事例では磁石受け入れ領域の境界を規定するものである。磁石受け入れ領域の壁の厚さ３０４は、意図された回転速度及び誘発された遠心力に耐えるように、依然としてロータコアバレルの構造上の完全性を維持しながら、１つ以上のファイバプレストレスラップ２０４が磁石の周りに巻き付けられたことに応じて半径方向内方圧縮を可能にするようになっている。この厚さは、意図された回転速度、ロータコアバレルの重量、磁石の重量、ファイバラップのタイプ及び数量、ファイバラップによって誘発される圧縮力、ロータコアバレルの材料、その他のこのような要因、及び典型的にこのような要因の２つ以上の組み合わせのうちの１つ以上を含むがこれらに限定されない、ロータアセンブリの意図された実施例によって決まる可能性がある。いくつかの実施例では、ロータコアバレルは金属又は金属製合金などの単一材料で形成される。例えば、いくつかの実施例では、ロータコアバレルは、ロータコアバレルの壁に形成された圧縮ブリッジによる屈曲を更に可能にしながら回転力に耐えるように構成された調質鋼又はその他のこのような材料から形成される。典型的に、ロータコアバレルは強磁性材料から更に形成される。
【００２０】
更に図１〜図４を参照すると、スタブシャフト１０３は横方向端部１０６でロータコアバレル１０２と連携する。いくつかの実施例では、複数のボルト１２０、ピン、又はその他のこのような留め具を使用して、スタブシャフトをロータコアバレルと付着させる。いくつかの実施例では、ボルトはそれぞれのスタブシャフトの周囲フランジを貫通して、ロータコアバレルの横方向端部１０６で壁の厚い部分とねじ式に連携し、スタブシャフトをロータコアバレルによって固定する。スタブシャフトは、いくつかの事例では、ロータコアバレルの横方向端部１０６のそれぞれの内側エッジ３１０と接触し、締まりばめを提供する拡張肩部２１０を更に含むことができる。拡張肩部２１０は、スタブシャフトとロータコアバレルとの位置合わせを提供する際に、またいくつかの実施例ではスタブシャフトに対する横方向端部の位置決めを維持する際に一助となるように構成することができる。いくつかの実施形態では、スタブシャフトは少なくとも部分的にロータコアバレルの中心空洞１２４内に延びる。
【００２１】
上記で紹介したように、圧縮ブリッジ１１２の屈曲は、ファイバラップ２０４によって誘発された半径方向たわみの結果として発生する可能性のある横方向端部１０６におけるロータコアバレルの半径方向膨張たわみを著しく低減し、いくつかの事例ではこれを防止する。更に、圧縮ブリッジ１１２は、プレストレス処理されたバレルにおける半径方向内方たわみを制限するか及び／又はスタブシャフト１０３から隔離する。このため、スタブシャフト及び／又はボルト１２０はこのような半径方向たわみを拘束する必要がないか及び／又は半径方向たわみに関連する力は著しく低減される。これは、ロータコアバレルの高い限界曲げ速度を更に維持する。圧縮ブリッジは更に同時にシャフトの安定性のために高い曲げ剛性を提供する。
【００２２】
いくつかの実施形態は、横方向端部に最も近いロータコアバレル１０２の周りに更に円周状に巻き付けられるか又はその他の方法で締め付けられる１つ以上の横方向抑制ファイバラップ（lateral restraining fiber wrap）２１２、リボン、クランプなどを含む。スタブシャフト１０３は、抑制ラップ２１２がロータコアバレルに適用される前にロータコアバレルと連携し、それによって固定される。ロータコアバレルをスタブシャフトと付着させる際に追加の複合抑制ラップ２１２を使用すると、意図された高い回転速度でロータコアバレルの横方向端部を抑制する際に一助となる。抑制ラップは、圧縮ブリッジ１１２によって阻止されないロータコアバレルの横方向端部の半径方向外方たわみを更に阻止することができる。更に、抑制ラップは、スタブシャフトによるロータコアバレルの端部の位置決めを維持する（例えば、スタブシャフトの拡張肩部２１０に対して横方向端部１０６の内側エッジ３１０を維持する）際に更に役に立つ可能性がある。更に、抑制ラップ２１２は、半径方向荷重を制限又は防止しながらボルト１２０が優勢にトルク荷重を伝達できるようにする際に更に役に立つ可能性がある。
【００２３】
更に、いくつかの実施例では、ロータコアバレル１０２は、横方向端部のそれぞれに最も近いロータコアバレルの周りに円周状に延び、ロータコアバレルの周りに巻き付けられた抑制ラップを受け入れて位置決めするように構成された１つ以上の抑制ラップ溝又はチャネル１２６を含む。いくつかの実施例では、抑制ラップ溝は横方向端部のそれぞれ１つと圧縮ブリッジの１つとの間に形成される。抑制ラップ溝１２６の幅によって分離され、ロータコアバレルの中心回転軸から半径方向に離れるように延びる１つ以上の拡張部３１２を含めることができる。拡張部３１２は、壁の一部として形成することができるか又は（例えば、円形クランプなどにより）壁と結合することができる。抑制ラップ溝の深さ及び／又は幅は、抑制ラップ２１２に使用されるラップのタイプ及びサイズ、巻き付けの量、並びのその他のこのような要因によって決まる可能性がある。同様に、抑制ラップ溝の幅は典型的に、圧縮ブリッジの幅及び横方向端部に対する圧縮ブリッジの位置によって決まる。
【００２４】
抑制ラップ溝１２６は、抑制ラップがロータコアバレルの周りに巻き付けられる時にロータコアバレルの周りに抑制ラップを配置し、その位置を維持するのに役に立つ。ファイバラップ２０４と同様に、抑制ラップ２１２は、横方向端部１０６に最も近いロータコアバレルの周りに所望の圧縮力を達成するために所望の力で巻き付けるか又は締め付けることができる実質的に任意の適切な材料（例えば、ケブラー（登録商標）、カーボンファイバ、ガラス繊維など）で作ることができる。
【００２５】
更に図１〜図４を参照すると、いくつかの実施例では、ロータアセンブリ１００は、アセンブリの内部冷却を提供するように更に構成される。多くの適用例では、ロータアセンブリは使用中に加熱する可能性がある。多くの場合、複合プレストレスラップ２０４はロータコアバレルの外径上での熱伝導を制限する。このため、ロータアセンブリの損傷を回避しながら所望の動作回転速度を達成するためにロータアセンブリを冷却することは有利である可能性がある。いくつかの実施形態では、ロータコアバレル１０２を通る空気又はその他の冷却ガスの流れによって内部冷却が達成される。
【００２６】
図５は、いくつかの実施形態により、模範的なロータアセンブリ１００の透視断面図を示している。図６は、いくつかの実施形態により、模範的なロータアセンブリ１００の透視端面図を示している。図１〜図６を参照すると、いくつかの実施形態では、ロータコアバレルはロータコアバレルの長さに延びる空洞１２４を含むか及び／又はロータコアバレルは中空である。空洞１２４は、２つのスタブシャフト１０３の１つに形成された１つ以上の入口冷却コンジット（inlet cooling conduit）１３０、通路、内腔、ダクト、チャネルなどと連携する。例えば、いくつかの実施例では、非駆動端部（ＮＤＥ：non-driving end）のスタブシャフト（図１〜図２及び図５〜図６に右側スタブシャフトとして示されている）は、ロータコアバレルの空洞１２４と連携して空気が入口冷却コンジットを通って空洞内に流れるようにする入口冷却コンジット１３０を含むことができる。更に、この例では、入口冷却コンジットはロータコアバレルの中心回転軸と位置合わせされているものとして示されている。その他の実施形態は、回転軸から軸を外して位置決めされた１つ以上の入口冷却コンジットを含むことができる。
【００２７】
もう一方のスタブシャフト１０３（例えば、図１〜図２及び図５〜図６に左側スタブシャフトとして示されている駆動端部（ＤＥ：driving end））は、スタブシャフトの厚さを通って延びる１つ以上の出口冷却コンジット（outlet cooling conduit）１３２、内腔、ダクト、通路、チャネルなどを含むように構成することができ、冷却内腔のそれぞれの内側端部はロータコアバレルの空洞１２４と接続する。空気又はその他の冷却ガスは空洞を通って移動し、１つ以上の出口冷却コンジット１３２を通って出る。いくつかの実施例では、出口冷却コンジットは、ロータコアバレルの中心回転軸に対してある角度で構成される。例えば、いくつかの事例では、出口冷却コンジットは、出口冷却コンジットの内側アパーチャが重心軸により近くなり、出口冷却コンジットの外側アパーチャが重心軸からより遠くなるように先細になっている。この角度は変動する可能性があり、事例によっては予想される動作回転速度によって決まる可能性がある。更に、いくつかの事例では、出口冷却コンジットは、空気の流れを更に強化するために、湾曲するか及び／又は予想される移動方向に対して角度を付けることができる。
【００２８】
模範的な実施形態において図５の矢印５０２で示されている空気の流れは、入口冷却コンジット１３０からロータコアバレル１０２の空洞１２４の長さに沿って流れ、出口冷却コンジット１３２を通って出る。入口冷却コンジットとの連携、出口冷却コンジットの構成、並びにロータアセンブリの回転及び回転の遠心力は、入口冷却コンジット内への空気の流れを誘発し、空洞に沿って出口冷却コンジットを通って出る。実施例では、ロータコアバレルの回転は、第２のスタブシャフトの入口冷却コンジットを通って空気を吸引し、空洞に沿って、複数の出口冷却コンジットから空気を抜き取り、少なくともロータコアバレルの内部温度を低下させる。
【００２９】
従って、この冷却は、プレストレスラップによって伝導される可能性のある熱及び／又は少なくともプレストレスラップによって制限される可能性のある熱伝導を低減するようにプレストレスラップと協力して機能する。更に、ロータコアバレルの空洞及び出口冷却コンジットを通る冷却剤又は冷却空気流の経路と連携するロータコアバレルの回転は、ロータコアバレルを通る空気流を引き起こすための圧力勾配を発生する。このため、ファン又は送風機をシステムに追加するという追加の複雑さなしに冷却空気流が達成される。
【００３０】
図７は、いくつかの実施形態により、ロータアセンブリ１００を構築するか及び／又は組み立てるプロセス７００の概略フローダイヤグラムを示している。ステップ７０２では、ロータコアバレル１０２は２つの横方向端部１０６のそれぞれで２つのスタブシャフト１０３の１つと連携し、２つのスタブシャフトのそれぞれは横方向端部でロータコアバレルと連携し、それによって固定される。ロータコアバレルは、横方向端部間に延びる壁１０４と、それぞれが横方向端部の１つに最も近い壁に形成されて一定の距離だけ分離された少なくとも２つの圧縮ブリッジ１１２と、を含む。いくつかの実施例では、ロータコアバレルは、２つの圧縮ブリッジ間に位置決めされた磁石受け入れ領域１１０を更に含む。更に、いくつかの事例では、ロータコアバレルは、ロータコアバレルの直径が磁石受け入れ領域に沿って横方向端部における直径より小さくなるように磁石受け入れ領域のそれぞれの端部にステップを有する。ロータコアバレルは、圧縮ブリッジの少なくとも一部分を規定する第１の厚さと、それぞれの圧縮ブリッジに隣接し、圧縮ブリッジ間にある少なくとも第２の厚さと、を備えて更に形成される。第２の厚さは第１の厚さより大きい。いくつかの実施形態では、少なくとも２つの圧縮ブリッジを規定し、ロータコアバレルの周りに円周上に延びる少なくとも２つのチャネル又は溝が壁に形成される。いくつかの実施例では、チャネルは、ロータコアバレルの周囲の周りに延びる壁の陥凹部又はへこみから形成される。いくつかの実施形態では、チャネルは長方形の断面を有する。しかしながら、その他の実施例は、圧縮ブリッジによって所望のたわみを達成するために、半円形、半楕円形、三角形、又はその他のこのような形状などであってこれらに限定されない異なる断面形状を備えた１つ以上のチャネルを使用することができる。同様に、圧縮ブリッジの底又は床は、圧縮ブリッジと平行でロータコアバレルの周りに円周上に延びる複数の比較的小さい半円形、三角形、又はその他のこのような溝を含むことができる。
【００３１】
ステップ７０４では、複数の磁石からなるアレイは、ロータコアバレル上で連携し、ロータコアバレルの横方向端部の最も近くに位置する２つの圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの壁の周りに円周状にその壁に沿って間隔をあけて配置される。この場合も、磁石は典型的に磁石受け入れ領域に沿って、その周りに位置決めされる。いくつかの事例では、磁石はロータコアバレルの周囲の周りに等しく分散される。１つ以上の磁石のタイプ、数、サイズ、磁界強度、及びその他のこのような特性は、ロータアセンブリの意図された実施例など、１つ以上の要因次第で変動する可能性がある。
【００３２】
ステップ７０６では、圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ってロータコアバレルの周りに複数の磁石の上に１つ以上のプレストレスラップが巻き付けられる。プレストレスラップは、ロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ってロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみを誘発する圧力で巻き付けられる。
【００３３】
ステップ７０８では、圧縮ブリッジにより、横方向端部に最も近いロータコアバレルの壁に対して１つ以上のプレストレスラップによって誘発された、圧縮ブリッジにおけるロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみが可能になる。更に、いくつかの実施形態は、そうでなければ１つ以上のプレストレスラップによって誘発されるロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ったロータコアバレルの半径方向圧縮たわみによって引き起こされると思われる、重心軸から離れる横方向端部に最も近い壁の半径方向膨張たわみを、圧縮ブリッジによって可能になった半径方向圧縮たわみの一機能として、制限する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ロータコアバレルは、壁１０４に形成される少なくとも２つの抑制ラップ溝１２６を備えて更に構成される。少なくとも１つの抑制ラップ溝はそれぞれ、横方向端部のそれぞれに最も近いロータコアバレルの周りに円周上に延びる。少なくとも１つの抑制ラップは抑制ラップ溝のそれぞれの内部でロータコアバレルの周囲の周りに１回以上巻き付けられ、抑制ラップ溝は横方向端部のそれぞれに最も近いロータコアバレルの周りに巻き付けられた抑制ラップを受け入れて位置決めするように構成される。横方向端部のそれぞれに最も近いロータコアバレルの壁の周りに抑制ラップを巻き付けることは、半径方向圧縮力を誘発し、ロータコアバレルの重心軸から離れて横方向端部における壁１０４の半径方向膨張たわみを阻止する。
【００３５】
上記のように、いくつかの実施形態はロータアセンブリの冷却を提供するように構成される。いくつかの実施例では、第１のスタブシャフト（例えば、駆動端部）は、スタブシャフトがロータコアバレルによって固定された時にロータコアバレルの１つ以上の空洞１２４と内側端部で接続する複数の出口冷却コンジットを備えて形成される。出口冷却コンジットは、空洞から出る空気流を提供するようにスタブシャフトを通って延びる。第２のスタブシャフト（例えば、非駆動端部）は、第２のスタブシャフトの厚さを通って延び、空洞内への空気の流入を提供する１つ以上の入口冷却コンジットを備えて構成することができる。いくつかの実施例では、入口冷却コンジットは、第２のスタブシャフトの中心回転軸に位置合わせするように形成され、第２のスタブシャフトの長さに延びる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、第１のスタブシャフト（例えば、非駆動端部スタブシャフト）は、第１のスタブシャフトの厚さを通って延びる１つ以上の出口冷却コンジット１３２のそれぞれの内側端部がロータコアバレルの長さを通って延びる少なくとも１つの空洞１２４と連絡するように、ロータコアバレルの第１の横方向端部と連携することができる。いくつかの事例では、出口冷却コンジットは、スタブシャフトの中心シャフトから半径方向に延びるスタブシャフトの肩部を通って形成される。第２のスタブシャフト（例えば、駆動端部スタブシャフト）は、第２のスタブシャフトに形成された入口冷却コンジットがロータコアバレルの少なくとも１つの空洞１２４と連絡するように、ロータコアバレルの第２の横方向端部と連携することができる。入口冷却コンジット及び出口冷却コンジットと空洞１２４との連携は第２のスタブシャフトの入口冷却コンジットを通って少なくとも１つの空洞に沿って複数の出口冷却コンジットから出る冷却剤流路を確立し、ロータコアバレルの回転に応じて冷却剤の流れにより少なくともロータコアバレルの内部温度を低下させることができる。いくつかの実施例では、ロータコアバレル及び磁石のアレイを回転させると、第２のスタブシャフトの入口冷却コンジット１３０を通って空気を吸引し、ロータコアバレルの長さに沿って延びるロータコアバレルの中空空洞１２４に沿って、第２のスタブシャフトに形成された複数の出口冷却コンジット１３２から外に空気を排出する。
【００３７】
いくつかの実施形態は、横方向端部間に延びる壁とそれぞれが横方向端部の１つに最も近い壁に形成されて一定の距離だけ分離された少なくとも２つの圧縮ブリッジとを含むロータコアバレルと、ロータコアバレル上に位置決めされ、ロータコアバレルの周囲の周りに圧縮ブリッジ間の壁に沿って間隔をあけて配置された複数の磁石からなるアレイと、圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ってロータコアバレルの周りに複数の磁石の上に巻き付けられた１つ以上のプレストレスラップと、を含み、圧縮ブリッジにより、横方向端部に最も近いロータコアバレルの壁に対して１つ以上のプレストレスラップによるロータコアバレルの半径方向圧縮によって誘発された、圧縮ブリッジにおけるロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみを可能にする、ロータアセンブリを提供する。
【００３８】
更なるいくつかの実施形態は、ロータアセンブリを構築する方法であって、ロータコアバレルを２つの横方向端部のそれぞれで、それぞれが横方向端部でロータコアバレルと連携し、それによって固定される２つのスタブシャフトのうちの１つと連携させることであって、ロータコアバレルが横方向端部間に延びる壁とそれぞれが横方向端部の１つに最も近い壁に形成されて一定の距離だけ分離された少なくとも２つの圧縮ブリッジとを含むことと、ロータコアバレル上で、ロータコアバレルの横方向端部の最も近くに位置する２つの圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの壁の周りに円周状にその壁に沿って間隔をあけて配置された複数の磁石からなるアレイを連携させることと、圧縮ブリッジ間のロータコアバレルの長さの少なくとも一部分に沿ってロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみを誘発する圧力で、ロータコアバレルの長さの一部分に沿ってロータコアバレルの周りに複数の磁石の上に１つ以上のプレストレスラップを巻き付けることと、圧縮ブリッジにより、横方向端部に最も近いロータコアバレルの壁に対して１つ以上のプレストレスラップによって誘発された、圧縮ブリッジにおけるロータコアバレルの壁の半径方向圧縮たわみを可能にすることと、を含む方法を提供する。
【００３９】
本明細書に開示されている本発明について特定の実施形態、その例及び適用例により説明してきたが、特許請求の範囲に明記されている本発明の範囲を逸脱せずに、それに対する多数の変更及び変形が当業者によってなされうるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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